Avion supersonique Optimisation multi-disciplinaire de forme en plan d'aile pour un avion de transport
civil à grande vitesse
Exemple d'analyse pluri-disciplinaire réalisée dans le cadre du CISAP
(pour la configuration d'avion optimisé à Mach 2)
Les résultats de la simulation numérique apparaissent sur l'aile droite, ceux du calcul aux éléments finis sur l'aile gauche (éléments de structure internes).
L'Onera, en collaboration avec le DLR, le NLR et QinetiQ, a participé au projet-pilote EREA/Airbus CISAP. CISAP est l'acronyme de " Cruise speed Impact on Supersonic Aircraft wing Planform " (impact de la vitesse de croisière sur la forme en plan d'une aile d'avion supersonique) : ce projet vise à étudier comment une forme d'aile d'avion de transport optimale évolue en fonction du nombre de Mach en croisière.
Au sein du CISAP, le département d'Aérodynamique appliquée a développé un système complet d'optimisation multi-disciplinaire (MDO) qui permet des optimisations de forme automatisées. La conception des ailes d'avion supersonique est un réel défi, véritablement multi-disciplinaire de par la faiblesse de son rapport épaisseur/corde, qui entraîne un couplage fort entre l'aérodynamique et les structures. Ces deux disciplines, qui sont à la base de la conception de l'aile, sont modélisées par le processus MDO avec des méthodes très fiables : simulations numériques (CFD) avec le logiciel elsA pour l'aérodynamique,
calcul par éléments finis (FE) pour le dimensionnement de la structure de l'aile.
Synopsis du processus MDO développé par l'Onera dans le cadre du CISAP
pour l'optimisation de la forme de plan de l'aile d'avion supersonique Image en grand
Le système MDO a été utilisé pour optimiser deux concepts d'avions, l'un avec un nombre de Mach en croisière de 2.0, l'autre avec un nombre de Mach en croisière de 1.3. L'optimisation du premier avion a été réalisée avec une méthode basée sur le gradient et a amélioré de 11% le rayon d'action du modèle de référence, lequel était dérivé d'une configuration ESCT et utilisé comme point de départ de l'optimisation. Les optimisations du second concept d'avion (Mach 1.3) ont été menées en deux étapes, par l'utilisation successive d'un algorithme génétique et d'une
méthode d'optimisation basée sur le gradient. Elles ont permis d'augmenter le rayon d'action de 17%.
Cette démonstration des techniques MDO et de ses résultats permet à Airbus de mieux apprécier les méthodes de conception des avions futurs, ainsi que les avantages potentiels des nouvelles formes d'ailes aux différentes vitesses de croisière.
